CN106222708A - 提高电铸微流控镍模具寿命的方法及电铸微流控镍模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高电铸微流控镍模具的方法，包括：根据微流控设计的图形，设计、制备负性掩模板；在衬底上旋涂负性光刻胶；利用所述负性掩模板对所述衬底上的光刻胶进行曝光、显影处理；对显影处理后得到的光刻胶图形进行表面金属化处理；将表面金属化的光刻模具进行电铸处理，得到电铸模具；将所述电铸模具进行减薄打磨处理，获得所需电铸微流控镍模具。本方法通过合理设计安排电铸微流控镍模具中镍板的厚度，再借助精密打磨设备，将电铸出的镍模具背部打磨平，借助此方法增强了镍模具的机械强度，大大提高了微流控镍模具的寿命，节约了模具制备成本，间接提高了微流控芯片的片间均匀性。

Description

提高电铸微流控镍模具寿命的方法及电铸微流控镍模具

技术领域

本发明涉及微流控模具制备技术领域，尤其涉及一种提高电铸微流控镍模具寿命的方法及电铸微流控镍模具。

背景技术

微流控芯片技术(Microfluidics)是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。如何快速、低成本制备微流控芯片成为其广泛应用的必要条件。

光盘注塑机具有高的片内注塑精密度、高的片间重复率、以及超高的注塑速度，如果可以用光盘注塑工艺来生产微流控芯片，将大大加快微流控芯片的应用化脚步。镍作为模具原料，已经非常成熟的应用于有源光盘生产过程中。有源光盘镍模具示意图如图1所示，其中，a为镍板，厚度为300μm，b为光盘信息层，其中，有源光盘信息层的沟槽宽度在100nm左右，深度在50nm左右。有源光盘信息层的宽度和深度均比较小，通过电铸将光盘配套的模具设备打磨后，背部是平的，所以有源光盘镍模具寿命很长。而此技术应用到微流控芯片时，其信息层的沟槽深宽在20μm—200μm不等，甚至更大，在维度上，是原有有源光盘模具设计的100-1000倍不等，如图2所示，由于沟槽太宽、太深，电铸及打磨不能将其打磨平，导致在注塑时镍模具上图案后部有悬空，即信息层背部是悬空的，在大吨位注塑机下，瞬间导致图案区域变形，因此，此方法制备的适用于光盘注塑机的微流控镍模具有一定的寿命局限性，需要优化。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种提高电铸微流控镍模具寿命的方法，该方法通过合理设计安排电铸微流控镍模具厚度，借助精密打磨设备，将电铸出来的镍模具背部打磨平，即该方法主要是针对电铸加工后的镍模具进行减薄打磨处理，增强了镍模具的机械强度，增加了模具的寿命。

第一方面，本发明提供了一种提高电铸微流控镍模具寿命的方法，所述方法包括：根据微流控设计的图形，设计、制备负性掩模板；在衬底上旋涂负性光刻胶；利用所述负性掩模板对所述衬底上的光刻胶进行曝光、显影处理；对显影处理后得到的光刻胶图形进行表面金属化处理；将表面金属化的光刻模具进行电铸处理，得到电铸模具；将所述电铸模具进行减薄打磨处理，获得所需电铸微流控镍模具。

优选地，所述衬底为玻璃、金属或表面附有金属的玻璃料。

优选地，对所述衬底上的光刻胶进行曝光处理之前，还包括：对所述衬底上的光刻胶进行烘焙处理。

优选地，对所述曝光处理后的光刻胶进行显影处理之前，还包括：对所述曝光处理后的光刻胶进行烘焙处理。

优选地，对所述光刻胶图形进行表面金属化处理，具体为：对所述光刻胶图形进行磁控溅射镍，达到表面金属化的目的。

优选地，电铸的厚度为光盘注塑机正常模具的厚度加上信息层的高度。

优选地，将所述电铸模具进行减薄打磨处理，获得所需电铸微流控镍模具，具体为：将电铸模具中信息层的背部悬空的部分打磨掉，使得电铸的厚度变为适合光盘注塑机使用的位置，获得所需电铸微流控镍模具。

第二方面，本发明提供了一种如上述第一方面所述的方法制备的电铸模具。

本发明提供了一种提高电铸微流控镍模具寿命的方法，通过合理设计安排电铸微流控镍模具中镍板的厚度，借助精密打磨设备，将电铸出的镍模具背部打磨平，从而提高电铸微流控模具的寿命，即该方法主要是针对电铸加工后的镍模具进行减薄打磨处理，借助此方法增强了镍模具的机械强度，大大提高了微流控镍模具的寿命，节约了模具制备成本，间接提高了微流控芯片的片间均匀性。

附图说明

图1为现有技术中的有源光盘镍模具示意图；

图2为微流控芯片的有源光盘镍模具示意图；

图3为图2打磨后的有源光盘镍模具示意图；

图4为本发明实施例提供的提高电铸微流控镍模具寿命的方法流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明进行进一步的说明，但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本发明，即并不意于限制本发明的保护范围。

本部分对本发明实验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。

图4为本发明实施例提供的提高电铸微流控镍模具寿命的方法流程图，如图4所示，所述方法包括：

S110，根据微流控设计的图形，设计、制备负性掩模板。

具体的，根据微流控设计的图形，设计、制备一块负性掩摸版，备用。

S120，在衬底上旋涂负性光刻胶。

光刻胶是用光刻技术将掩模上的微结构精确转移到衬底的关键媒介。在衬底上旋涂光刻胶的具体过程是将洁净的衬底固定在旋转台上，先进行匀胶，然后进行甩胶。优选地，负性光刻胶为SU-8系列光刻胶。

具体地，衬底可以为玻璃、金属或表面附有金属的玻璃。因为硅与SU-8系列光刻胶粘附性比较好，因此，优选硅片为衬底。

在实际操作过程中，先设计芯片沟槽的深度，选择所需要的SU-8光刻胶的型号，然后通过对匀胶工艺以及甩胶工艺进行调节来获得所需光刻胶的厚度。

S130，利用负性掩模板对所述衬底上的光刻胶进行曝光、显影处理。

曝光处理阶段：优选地，为使光刻胶内的其他有机溶剂挥发，在对衬底上的光刻胶进行曝光处理之前，可以先对衬底上的光刻胶进行烘焙处理，即软烘处理。不但可以提高光感因子的比例，而且可以使光刻胶干化，不粘掩模板。

烘焙处理后的光刻胶，上面放置步骤S110中制备的掩模板，在一定的光强下，处理一段时间，即对无图形的区域要曝光，有图形的区域要透光。所述曝光的作用为：将所述负性掩模板上的图形复制到所述光刻胶上。在实际操作过程中，曝光时间与光刻胶的型号、厚度、光强等有直接的关系，和前述的烘烤工艺也有一定的关系。

显影处理阶段：优选地，通过曝光处理后的光刻胶，形成了酸催化剂，为加速光刻胶小分子的交联，从而不被显影液显影，可以在显影处理之前，先对曝光处理后的光刻胶进行烘焙处理，即中烘处理。中烘工艺需要根据所用光刻胶的型号及其光刻胶的厚度进行调整。

具体地，将曝光后的光刻胶通过所需显影液的“淋浴”或浸泡，最终获得光刻胶图形。显影时间根据光刻胶的厚度以及曝光工艺而定。优选地，光刻胶显影，需要在显影液和异丙醇溶液之间交替进行，即用光刻胶专用显影液“淋浴”或浸泡，并在异丙醇中清洗，根据显影的效果，再决定是否要再次在显影液中“淋浴”或浸泡。

S140，对光刻胶图形进行表面金属化处理。

金属化处理的目的是使光刻胶具有导电性，具体地，对光刻胶图形进行磁控溅射镍，达到表面金属化的目的，获得表面金属化的光刻胶图形。

S150，对表面金属化的光刻图形进行电铸处理，得到电铸模具。

对表面金属化的光刻胶图形进行电铸镍处理，具体地，将表面金属化的光刻胶图形放到含镍的电铸液中，作为阴极，电铸处理72h，获得带有光刻胶的镍模具。优选地，电铸液的pH值在4左右，温度在50℃左右。本发明实施例中对镍模具中设计的镍板的厚度进行了改进，图2为微流控芯片的有源光盘镍模具示意图，由图2所示，a为镍板，b为光盘信息层，其高度为目的高度，c为光盘信息层的背部，为悬空，其厚度与b信息层的高度相同。需要特别强调的是，镍板a的设计厚度为光盘注塑机正常模具的厚度加上信息层的高度，因为镍模具在生产微流控芯片时，信息层突出的部位用于制备微流控芯片的沟槽，换句说，也就是镍板的设计厚度为光盘注塑机正常模具的厚度加上微流控芯片沟槽要求的深度。因此，电铸时电铸的厚度为光盘注塑机正常模具的厚度加上微流控芯片沟槽要求的深度。

S160，将所述电铸模具进行减薄打磨处理，获得所需电铸微流控镍模具。

将电铸模具进行减薄打磨处理，将电铸的厚度减薄打磨到适合光盘注塑机使用为止，即减磨到光盘注塑机正常模具的厚度，图3为打磨后的镍模具示意图，由图4所示，可知，是打磨掉信息层背部悬空的c部分，使得镍模具的厚度变为适合光盘注塑机使用的位置，获得最终所需的电铸微流控镍模具。在减薄打磨过程中，信息层b的高度为微流控沟槽要求的深度，其高度为设计目的高度，不受打磨影响。

本发明实施例提供的提高电铸微流控镍模具寿命的方法，通过合理设计安排电铸微流控镍模具中镍板的厚度，借助精密打磨设备，将电铸出的镍模具背部打磨平，从而提高电铸微流控模具的寿命，即该方法主要是针对电铸加工后的镍模具进行减薄打磨处理，借助此方法增强了镍模具的机械强度，大大提高了微流控镍模具的寿命，节约了模具制备成本，间接提高了微流控芯片的片间均匀性。

为更好的理解本发明提供的技术方案，下述以一个具体实例说明应用本发明上述实施例提供的制备方法制备镍模具的具体过程。

实施例二

一种电铸微流控镍模具的制备方法，步骤如下：

1、根据微流控设计的图形，设计、制备一块负性掩摸版，备用。

2、选择玻璃为衬底，经过洁净处理过，在玻璃衬底上旋涂负性光刻胶，所用光刻胶为SU-8 3050型号的光刻胶，具体旋涂方式为：将洁净的玻璃固定在旋转台上，先进行匀胶；然后进行刷胶。

3、先进行软烘、曝光处理；然后进行中烘、显影处理，获得光刻胶图形。

4、对光刻胶图形进行磁控溅射镍，获得表面金属化的光刻胶图形。

5、将表面金属化的光刻胶图形放到含镍的电铸液中，作为阴极，电铸处理72h，获得带有光刻胶的镍模具。具体地，光盘注塑机机正常模具的厚度为300μm，因此，镍板的设计厚度为300μm加上微流控芯片的沟槽的深度。所以电铸时电铸厚度为300μm加上微流控芯片的沟槽的深度。

6、将对电铸模具进行减薄打磨处理，将信息层背部的悬空部位打磨掉，即将电铸厚度减薄打磨到300μm，适合光盘注塑机使用的位置，获得最终所需的电铸微流控镍模具。

本实施例制备的微流控镍模具，首先通过合理设计安排电铸微流控镍模具中镍板的厚度，然后借助精密打磨设备，将电铸出的镍模具进行减薄打磨处理，借助此方法增强了镍模具的机械强度，大大提高了微流控镍模具的寿命，节约了模具制备成本，间接提高了微流控芯片的片间均匀性。

以上实施例是在本发明技术方案为前提下，给出的详细实施材料组分和具体制备工艺过程，但本发明的保护范围不限于上述实施例。

需要说明的是，尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解为本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种提高电铸微流控镍模具的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据微流控设计的图形，设计、制备负性掩模板；

在衬底上旋涂负性光刻胶；

利用所述负性掩模板对所述衬底上的光刻胶进行曝光、显影处理；

对显影处理后得到的光刻胶图形进行表面金属化处理；

将表面金属化的光刻模具进行电铸处理，得到电铸模具；

将所述电铸模具进行减薄打磨处理，获得所需电铸微流控镍模具。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底为玻璃、金属或表面附有金属的玻璃料。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述衬底上的光刻胶进行曝光处理之前，还包括：

对所述衬底上的光刻胶进行烘焙处理。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述曝光处理后的光刻胶进行显影处理之前，还包括：

对所述曝光处理后的光刻胶进行烘焙处理。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述光刻胶图形进行表面金属化处理，具体为：

对所述光刻胶图形进行磁控溅射镍，达到表面金属化的目的。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电铸的厚度为光盘注塑机正常模具的厚度加上信息层的高度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述电铸模具进行减薄打磨处理，获得所需电铸微流控镍模具，具体为：

将电铸模具中信息层的背部悬空的部分打磨掉，使得电铸的厚度变为适合光盘注塑机使用的位置，获得所需电铸微流控镍模具。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的方法制备的电铸微流控镍模具。